poli

FONCTION TRANSMETTRE L’ÉNERGIE
Accouplements - Embrayages - freins
Cours ; Mise à niveau ; Applications
2ème ST.. et 2ème SM-BDoc : élève
OBJECTIFS
• Indiquer les défauts d'alignement typiques.
• Présenter et décrire les principales familles d'accouplements.
• Traduire le fonctionnement des accouplements par un schéma.
• Représenter graphiquement les éléments d’un accouplement.
• Définir le type d’accouplement choisi.
• Faire une analyse critique d’un montage contenant un accouplement.
• Proposer une solution constructive.
• Définir la fonction d’un accouplement, d’un embrayage et d’un frein.
• Démontrer les formules les plus fondamentales.
• Donner des éléments pour les choisir et les calculer.
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
291
SANS CHANGEMENT DE VITESSE
FONCTION TRANSMETTRE L’ÉNERGIE
Accouplements - Embrayages - freins
Cours ; Mise à niveau ; Applications
ème
2
ème
ST.. et 2
SM-BDoc : élève
LES FREINS
I- MISE EN SITUATION ET FONCTION :
En général, le dispositif de freinage est placé à proximité de l'organe récepteur afin de réduire
les chocs dans la transmission.
Les freins sont des transformateurs d’énergie mécanique en chaleur, et destinés à ralentir
ou à arrêter complètement le mouvement d’un mécanisme.
II- CONSTRUCTION : Un frein comprend :
 Un organe solidaire de la masse en mouvement (roue ; poulie ; tambour…)
 Un frotteur solidaire d’un organe fixe
 Un mécanisme de commande de la force pressante.
 Un système de refroidissement, si possible.
III- CARACTÉRISTIQUE : (Qualités recherchées) : Un frein est caractérisé par :
 Efficacité (puissant) : un frein est puissant si le couple de freinage est important pour
un faible effort de commande.
 Régularité (stabilité) : un frein est régulier si le couple de freinage est proportionnel à l‟effort
de commande.
 Réversibilité un frein est réversible si le couple de freinage est indépendant du sens de rotation.
 Matériaux : même et identique aux embrayages.
Dissipation de chaleur : - Contact directe au milieu extérieur
- Par ailettes de refroidissement (ventilation)
- Dispositif de refroidissement à l‟eau (machine de grande puissance)
IV- CLASSIFICATION :
La classification d‟après l‟organe de friction :
Frein à
sabot
Ou
Frein à
patin
Fig.1
Ou
Frein à
mâchoire
extérieur
Frein à
sangle
Ou
Frein à
bande
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
Fig.2
311
SANS CHANGEMENT DE VITESSE
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ème
2
ème
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Frein à
mâchoire
Ou
Frein à
tambour
fig.3
Frein
à disque
(le plus
utilisé)
a
b
c
fig.4
Couple de freinage : Cf = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1- Freins à sabots : (Fig.1)
Cas d‟un seul patin, l‟équilibre du levier [IA]
-F.l + N.a + T.h = 0
(or : T = N.f)
F. 
T.a
F..f
 T.h  0  T 
f
a  f.h
donc le couple de freinage : Cf  T.r  F..f .r dans
a  f.h
le sens de ω. Mais dans le sens de ω’; à l‟équilibre du levier [IA]
-F.l + N.a - T.h = 0
T.a
F..f
F..f
 T.h  0  T 
 C ' f  T.r 
.r
f
a  f.h
a  f.h
On a Cf  C‟f  le frein est irréversible
- Pour rendre le frein réversible il faut que „‟h = 0‟‟ ; c‟est le cas de la figure 1b ;
- La présence de l‟effort normale provoque la flexion du levier, pour éviter ce problème,
utiliser un frein à deux sabots (Fig.1c).
4.2- Freins à sangle : (Fig.2)
La sangle en acier porte une garniture
a- Couple de freinage :
F. 
Cf = T.r – t.r = (T – t).r
or :
avec : - α : angle d‟enroulement (rad)
- f : coefficient de frottement
- e = 2,71828 (ln e = 1)
d‟où le couple de freinage :
T  t.ef
Cf  t.r(e f  1)
Pour augmenter Cf, il faut augmenter r ou α ou f
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
312
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2
ème
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b- Réalisation :
- Frein simple
- Frein réversible si AB = BC (Fig.2b)
- Frein plus puissant si le rapport BC / AB, est supérieur à efα
c- Critique et emploi :
L‟efficacité de ces freins dépend de l’angle d’enroulement „‟α „‟ et du dispositif de commande,
ils sont surtout utilisés pour freiner la descente d‟une charge sur un appareil de levage.
4.3- Freins à tambour : (fig.3)
Les tambours sont en fonte, à commande
mécanique par came (Fig.3a)
ou hydraulique (Fig.3b,3c)
Remarque : L‟action de la mâchoire
comprimée est deux fois supérieure
à celle de la mâchoire tendue, d‟où l‟usure
non uniformément répartie sur les
garnitures ; pour y remédier, on a réalisé
le frein de la Fig.3c. Dans la Fig.3c, l‟usure
des garnitures est alors plus régulière ; et le couple
de freinage Cf = T.r avec :- r : rayon intérieur du tambour ;
-T : force de frottement.
Critique : - La chaleur due au frottement est difficile à évacuer,
cet échauffement déforme le tambour et les segments ;
le freinage devient mois efficace (puissant).
- Pour un faible effort de commande on doit avoir un freinage important.
- Pour obtenir un serrage puissant, il est nécessaire d‟utiliser un servofrein.
4.4- Freins à disque : (Fig.4)
Ils ont une grande stabilité ; permettent une meilleure évacuation de la chaleur que les freins
à tambour, freinage plus progressif et sont plus facile à entretenir. On trouve :
 Frein à disque à un piston (Fig.4a) ;
 Frein à disque à deux pistons (Fig.4b) ;
 Frein multidisques ;
 Frein avec surface de frottement conique.
Remarque : Comme pour les embrayages la commande peut être :- mécanique ;
- hydraulique, pneumatique ;
- électromagnétique ;
- automatique.
4.5- Ralentisseur :
Dans les appareils de levage, on utilise des freins (ralentisseur) permettant la descente de la charge
à vitesse constante, ces freins ne doivent pas agir pendant la montée (réaliser par système à rochet)
Remarque :
Si, au cours de l’étude, un élève repère ce qui lui semble être une erreur
ou fautes de frappe, il le signale au professeur de la matière !!!
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
313
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2
ème
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APPLICATION DE MISE A NIVEAU
A- FREIN DISQUE :
Zone A
1- Complétez les noms des pièces suivantes ?
Essieu porte
1
3
5
fusée
Moyeu porte
2
4
6
goujons
7
9
Joint
anti-poussière
8
10
Purgeur
2- Étudiez la liaison fusée de l‟essieu 1 et moyeu 2. Quel est le type des roulements ?
Montage en X / O ?
3- Donnez le nom complet de ce frein ?
4- La liaison entre l‟étrier 4 et l‟essieu 1 est-elle une liaison complète ou une liaison partielle ?
5- Quelle est la fonction de la pièce 8 ; la pièce 9 et la pièce 10 ?
6- Redessinez la zone A sur format A4 verticale.
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
314
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B- FREIN À TAMBOUR :
Dispositif de réglage du
jeu entre la garniture et
le tambour
1- Étude de la liaison 1 et segment 2 : La rondelle excentrique 5
est liée en rotation à l‟axe 4. Quel usinage a-t-on effectué sur
l‟axe pour obtenir cette liaison ?
2- Quelles manipulations faut-il effectuer pour déplacer (régler)
le centre de l‟articulation du segment 2 ?
3- Quel est le nom et la matière de la pièce 10 ?
4- Quelles sont les caractéristiques que doivent posséder les
garnitures ?
5- Lorsque le liquide de frein est mis en pression, les segments
s‟écartent. Lorsque la pression disparaît, quel est l‟organe
qui rapproche les segments ?
6-Deux butées réglables limitent ce déplacement.
Quel est son repère ?
7°) Quel est le repère des éléments qui assurent l‟étanchéité des
pistons 12 et 13 ?
8- Lorsque le liquide ne fait plus pression sur les pistons, quel est l‟élément qui maintient les contacts en M et N ?
9- Quels sont les éléments qui protègent les pistons cotre les poussières ?
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
315
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2
ème
ST.. et 2
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Application N° 03 (avec Rep)
‘’SYSTÈME DE FABRICATION DE CARTON ONDULÉ’’
1- PRÉSENTATION :
Le système étudié est utilisé pour la fabrication du carton ondulé, à partir du papier en bobine.
Poste A
Poste B
Poste C
Poste D
Poste E
Fig : 1 Enchaînement des différents postes du système
La prise et le positionnement latéral
de la bobine se font à l‟aide de deux
moteurs (M1) et (M2)
Fig : 2 Principe de prise et de positionnement de la bobine
2- CONSTITUTION DU SYSTÈME :
Le système schématisé par la figure : 1 est constitué de cinq postes :
Poste A (Unité de fabrication de carton ondulé), il est composé d‟un :
➣ Mécanisme de fabrication des ondulations ; ➣ Mécanisme de prise de la bobine ;
➣ Mécanisme de déroulement des bobines ; ➣ Mécanisme de jet de colle.
Poste B : (Unité de séchage de la colle) : c‟est un four à résistance électrique.
Poste C : Unité de découpage de carton ondulé en bande de dimensions préréglées.
Poste D : Unité d‟empilage des bandes de carton ondulé sur palette)
Poste E : Tapis roulant d‟évacuation des palettes de carton ondulé.
N.B : L’étude concerne le mécanisme de prise et de positionnement de la bobine.
Nomenclature du dessin d’ensemble
EN GJL200
15
30
3 Vis CHc
4
Glissière
S235
C30
14
29
3 entretoise
1
Vis de manœuvre
S235
Cu Sn 10P
13
28
1 Plateau
1
Écrou
EN GJL200
12
27
4 Vis CHc
1
Coulisseau
11
26
1 clavette
3
Vis à tête H
Cu Sn 10P
S235
10
25
1 Coussinet
1
Manchon
C40
9
24
1 Arbre
2
Goupille
EN GJL200
8
23
1 Corps
1
Cache
Cu Sn 10P
7
22
1 Coussinet
6
Ressort
6
21
1 Anneau élastique
1
Bobine
5
20
4 Vis à tête hexagonale
1
Disque+garniture
S275
4
19
1 Flasque
1
Support du plateau
3
18
1 Rondelle plate
1
Rondelle plate
2
17
1 Vis à tête hexagonale
1
Vis à tête H
S275
EN GJL200
1
16
1 Cône (support bobine)
1
Corps magnétique
Rp Nb Désignation
matière
Obs Rp Nb Désignation
matière
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
316
P=2
Obs
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2
ème
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III- TRAVAIL DEMANDÉ :
3.1- Analyse fonctionnelle de la partie opérative :
Indiquer sur le diagramme F.A.S.T suivant les fonctions ou les solutions techniques retenues par le constructeur
pour le mécanisme de prise et de positionnement de la bobine. (Voir le dessin d‟ensemble)
3.2- Étude de la partie opérative :
a- En se référant au dessin d‟ensemble fourni, compléter les repères des pièces constituant les classes d‟équivalence
suivantes: A = {29; ...................................... ;
B = {30} ;C = {27; ........................................................... ;
D = {19; ........................................................; E = {20}
b- Compléter les repères des classes d‟équivalence sur le schéma cinématique ?
c- Étude du dispositif de freinage :
c.1- Indiquer le type de frein utilisé ?
c.2- Donner la forme des surfaces de contact ?
c.3- Donner le nombre des surfaces de contact ?
c.4- Désigner le système de commande dans les deux positions freinée/libérée ?
c.5- Indiquer les facteurs dont dépend le couple de freinage ?
c.6- Expliquer le fonctionnement de ce frein ? État 1 : Bobine excitée:
État 2 : Bobine non excitée :
d- Quelle est le nom de la liaison entre 27/30 ? Et donner le nom de la forme
de ce guidage ?
e-- Quel est le nom et la fonction dans le dessin d‟ensemble des éléments suivants :
2 ; 3 ; 6 ; 7 ; 8 ; 9 ; 11 ; 15 ; 20 ; 21 ; 22 ; 23 ; 24 ?
f- Cotation fonctionnelle :
f.1- Tracer les chaînes
de cotes installant
les conditions Ja et Jb :
f.2- Indiquer les ajustements
relatifs au montage
du coussinet (10) :
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
318
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g- Modification d’une solution :
Pour une durée de vie plus longue et un meilleur rendement, le concepteur a choisi pour le guidage de l‟arbre (9)
les deux roulements R1 et R2. NB : le roulement R2 est semi-étanche.
Travail demandé : * Compléter le montage des roulements proposés ;
Cadre 1
Cadre 2
Cadre 3
* Assurer l'étanchéité du coté du roulement R1.
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
319
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Réponse
1Les moteurs (M1 et M2)
Le manchon (25) les goupilles (24)
La vis (29) et l‟écrou (28)
La queue d'aronde et la rainure taillées sur (27) et (30)
Les coussinets (7) et (10)
Le frein électromagnétique
2- a- A={ 29; 24;25 } ;;C={ 7;8;10;14;15;16;21;26;27;28 } ; D= {19;1;2;3;4;5;6;9;11;12;13;17;18 }
b- Voir cadre 1
c- c.1- Indiquer le type de frein utilisé : Frein mono-disque à commande électromagnétique
c.2- La forme des surfaces de contact : Plane
c.3- Le nombre des surfaces de contact : 01
c.4- Le système de commande : électromagnétique
c.5- Indiquer les facteurs dont dépend le couple de freinage : - l'étendue des surfaces de contact ;
- L‟effort presseur crée par les ressors (22).
c.6- Expliquer le fonctionnement de ce frein :
État 1 : Bobine excitée : Le disque (20) est attiré vers la gauche et le contact avec le plateau
(13 est effacé : pas de freinage.
État 2 : Bobine non excitée : L‟action des ressorts (22) amène le disque (20) en contact avec le plateau (13)
qui entraîne le freinage de ce dernier.
d- Liaison glissière réalisé par une queue d'aronde.
e- Réponse orale ; f- f.1- et f.2- Voir cadre 2 ; g- Voir cadre 3.
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320
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ème
2
ème
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Application N° 04 ‘’ PALAN DE LEVAGE’’
I- PRÉSENTATION :
Le système
représenté sur
le dessin
d‟ensemble
est un palan
destiné pour
charger et
décharger les
paniers de fleurs
d‟oranges dans
un chaudron d‟une
distillerie
industrielle.
y
o
z
x
Mécanisme de freinage
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
321
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ème
2
ème
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II- TRAVAIL DEMANDÉ :
1- Compléter le tableau des liaisons suivant (des organes du frein) ?
Liaison
Nom de
Symbole en
Degrés de liberté
entre
la liaison
deux vue
(En cercler la réponse juste)
...............
Rx
; Ry
; Rz
Tx
; Ty
; Tz
11 / 34
...............
Rx
; Ry
; Rz
Tx
; Ty
; Tz
34 / 8
...............
Rx
; Ry
; Rz
Tx
; Ty
; Tz
15 / 16
...............
Rx
; Ry
; Rz
Tx
; Ty
; Tz
2- Compléter le schéma cinématique du mécanisme de freinage ci-dessous ?
EZZ@HR@OUI
9 / 34
3- Donner le nom est la fonction du frein étudié ?
4- Quels sont les éléments qui constituent un frein ?
5- Quels sont les critères de choix d‟un frein ?
6- Par quel organe est assuré l‟effort de freinage ?
7- Sur quel élément doit-t-on agir pour augmenter ou diminuer le couple de freinage ?
8- Compléter les repères des pièces cinématiquement liées formant le sous-ensemble bloc A ? A = {. . . . . . . . . . . . . . .}
9- Quel est le nom et la fonction des éléments suivants : 28 ; 32 ; 36 ; 37 ; 38 ; 39 ?
10- Dans quelle position le frein est représenté dans le dessin d‟ensemble ?
11- Calculer le couple de freinage Cf sachant que le diamètre moyen du disque est dmoy = 100 mm, l‟effort exercé par
les 3 ressorts 28 est de 540 N, et le coefficient de frottement est de 0,35.
12- Calcul de prédétermination et de vérification :
(étude cinématique du réducteur).
Le réducteur associé au moteur M2, est constitué par
deux couples (1-2) et (3-4) d‟engrenages cylindriques à
denture droite de même module m = 2 mm. On donne :
- La fréquence de rotation du moteur est de 750 tr/min ;
- La fréquence de rotation du tambour est de 25 tr/min ;
- Z1 = 15 dents ; Z2 = 75 dents.
12.1- Calculer le rapport de réduction de chacun
des engrenages ?
12.2- Sachant que l‟entraxe du couple d‟engrenage (3-4)
est a = 98 mm. Calculer Z3 et Z4 ?
13- On donne : la charge maximale à soulever par le palan est m =100 kg ; le rendement globale du palan est ηg = 0,85.
2
Le rayon du tambour est Rt = 80 mm ; g = 10 m/s . Calculer la puissance fournie par le moteur M2 en Watts.
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
322
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ème
2
ème
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Le mécanisme représenté par le dessin d‟ensemble, permet la transmission de mouvement
de rotation, à partir d‟un moteur vers un récepteur lié à l‟arbre 39 par l‟intermédiaire
du système poulie 17 et courroie18.
Le levier 13 peut prendre deux positions : - position E : embrayage de 15 et 17 ;
- position F : freinage de mouvement.
II- TRAVAIL DEMANDÉ :
1- Compléter le tableau des liaisons suivant (des organes du frein) ?
Liaison
Nom de
Symbole en
Degrés de liaison
entre
la liaison
deux vue
(En cercler la réponse juste)
EZZ@HR@OUI
Application N° 05 ‘’MÉCANISME DE TRANSMISSION DE PUISSANCE’’
I- FONCTIONNEMENT :
17 / 23
Rx
; Ry
; Rz
Tx
; Ty
; Tz
15 / 23
Rx
; Ry
; Rz
Tx
; Ty
; Tz
23 / 9
Rx
; Ry
; Rz
Tx
; Ty
; Tz
8/3
Rx
; Ry
; Rz
Tx
; Ty
; Tz
3/4
Rx
; Ry
; Rz
Tx
; Ty
; Tz
35 / 36
Rx
; Ry
; Rz
Tx
; Ty
; Tz
1/4
Rx
; Ry
; Rz
Tx
; Ty
; Tz
36 / (1+4)
Rx
; Ry
; Rz
Tx
; Ty
; Tz
2- Compléter le schéma cinématique suivant ?
3- Dans quelle position est représenté le mécanisme ? (embrayée ou freinée)
4- Sur quel élément doit-t-on agir pour réaliser l‟embrayage et de même pour le freinage ?
5- Qu’appelle-t-on ce type d‟embrayage ?
6- Donner la fonction globale de cet embrayage ?
7- Qu’appelle-t-on ce type de frein ?
8- Donner la fonction globale de ce frein?
9- Quel est le nom et la fonction dans le dessin d‟ensemble des éléments suivants :
17+18 ; 16 ; 16‟ ; 22 ; 24 ; 32 ; 11 ; 7 ; 6 ; 5 ; 2 ; 34 ; 40 ?
10- Citer, pour chaque cas, deux moyens (solution technologique) de transmission de puissance :
a- Arbre en prolongement (sans changement de vitesse de rotation)
b- Arbre parallèles éloignes (avec changement de vitesse de rotation)
c- Arbre concourants (avec changement de vitesse de rotation)
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
323
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ème
2
ème
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Chaîne
z
o
y
x
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Correction du
travail graphique
Q12-Q13-Q14-Q15
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
324
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2
ème
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11- Calcul du rapport global de transmission :
On donne :  L‟engrenage (3-35) est à denture droite avec Z35 = 85 dents ; d3 = 32 mm et le module m3-35 = 2 mm
 L‟engrenage (36-37) est une roue et vis sans fin avec Z36 = 20 dents ; Z37 = 38 dents ;
 Z8 = 10 dents ; Z32 = 17 dents, pour les roues 8 et 32.
11.1- Calculer le rapport „‟r1‟‟ entre 8 et 32 (de la roue et chaîne) ?
11.2- Calculer le rapport „‟r2‟‟ entre 35 et 3 (de l‟engrenage droit) ?
11.3- Calculer le rapport „‟r3‟‟ entre 37 et 36 (de l‟engrenage roue et vis sans fin) ?
11.4- En déduire le rapport global „‟r‟‟
Aspect représentation :
12- Compléter le montage des roulements à rouleaux coniques (34 et 38) ?
13- Réaliser la liaison complète entre la roue 35 et l‟arbre 36 ?
14- Assurer l‟étanchéité des deux cotés ?
15- Prévoir le réglage du jeu ?
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
325
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2
ème
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Application N° 06 ‘’ EMBRAYAGE – FREIN ’’
1- MISE EN SITUATION :
L‟embrayage frein proposé par le dessin ci-dessous est destiné à accoupler la poulie motrice (5) avec le pignon
récepteur (17), et à permettre l‟arrêt en rotation immédiat de ce dernier dés que l‟accouplement est désactivé.
27
Échelle : 1:2
2- TRAVAIL DEMANDÉ :
1- En se référant au dessin d‟ensemble ; compléter par les repères
des pièces constituant les classes d‟équivalence A, B, C et D ;
A = {5; ........................................................................;
B = {18; ......................................................................;
C = {6; ........................................................................;
D = {9; .......................................................................;
2- Compléter le schéma cinématique suivant :
3- Compléter les chaînes relatives à la position embrayée et celui de
la position débrayée :
La position embrayée La rotation de (5), . . .
La position débrayée La rotation de (5), . . .
4- Quel est le nom et le rôle des éléments suivants : 1 ; 2 ; 4 ; 5 ; 6 ; 12 ; 13 ; 14 ; 17 ; 18 ; 20 ; 21 ; 22 ; 24 ; 25 ; 26 et 27
5- Expliquer, comment s‟effectue le freinage de la classe (B):
6- Dans les calculs qui vont suivre, nous allons admettre les hypothèses suivantes :
- la répartition des pressions est uniforme pour les deux fonctions “embrayage” et “frein” ;
- le coefficient de frottement est f = 0,4 ;
- le dessin d‟ensemble est à l‟échelle 1:2
(Relever les rayons r et R de la surface de friction de la garniture (22)) ;
- l‟effort presseur des ressorts (20) est Fr = 190N ;
- l‟effort d‟attraction magnétique est Fatt = 560N ;
6-1 Calculer l‟effort presseur de l‟embrayage F: On rappelle que : Fatt = F + Fr
2 R3  r 3
6-2 Déterminer le couple transmissible C : On rappelle que :
C  nF  f  
TRANSMETTRE DE PUISSANCE
326
3 R2  r 2
SANS CHANGEMENT DE VITESSE